JP3575089B2 - 非共沸混合冷媒を形成する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は非共沸混合冷媒を形成する方法に関し、冷媒メーカーでの容器への充填、空調機メーカーでの空調機中の冷媒容器への充填、または修理、漏洩時にサービス缶から空調機中の冷媒容器への充填などの分野で利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、クロロフルオロカーボンの影響によるオゾン層破壊の環境問題が注目されている。クロロフルオロカーボンは、１９９５年末の全廃が決定している。また、オゾン層破壊に対する影響の少ないハイドロクロロフルオロカーボンについても、いずれ全廃する方向にある。これらの冷媒の代替物としては、単一成分の冷媒や共沸系冷媒では困難であるため、非共沸混合冷媒の採用が有力となっている。
【０００３】
従来使用されてきた、単一成分または共沸系冷媒は、組成の変動がないため、充填の際、気相充填または液相充填ともに特に組成変化を抑制する技術は必要なかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
非共沸混合冷媒の充填の場合も単一成分と同様の充填方法が考えられるが、その際沸点が低い成分が選択的に気相側に気化するため、気相充填法では正確な液組成の充填が不可能である。一方、液相充填法でも、充填に伴い容器内の気相体積が増加することで低沸点成分が選択的に気相側に気化するため、結果として液組成が変化してしまう問題がある。
【０００５】
このため、空調機などへの冷媒充填時、一台一台の冷媒組成が変化し、全ての空調機に同一の冷凍能力を発揮させることが困難となる。さらに、可燃性冷媒を含有する非共沸混合冷媒においては、可燃性冷媒の濃度が高くなることにより可燃性を呈する可能性があり、安全性を常に確保するためにも、常に一定組成にて充填する方法が必要である。
【０００６】
このような課題を解決するためには、各成分を個別に充填する必要があるが、個別充填では、設備が成分数必要となり多大な設備費用を要するとともに充填作業がきわめて煩雑となる問題がある。さらに、可燃性冷媒を含有する非共沸混合冷媒においては、各成分を個別に充填するため、可燃性冷媒の設備に対しては安全性に対する配慮が必要となる問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題に鑑み、非共沸混合冷媒を充填する際の組成変化を防ぐとともに、可燃性成分を常に不燃化することにより、安全でかつ充填作業を簡易化する新たな充填方法を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明は、予め混合された下記（ａ）と（ｂ）との混合冷媒、および、下記（ｃ）、を予め混合することなく、冷媒容器に充填することからなる下記（ａ）、（ｂ）および（ｃ）からなる非共沸混合冷媒を形成する方法である。
（ａ）：可燃性冷媒、
（ｂ）：（ａ）と共沸または共沸様混合物を形成する不燃性冷媒、
（ｃ）：（ｂ）以外の不燃性冷媒。
【０００９】
本発明において、上記（ａ）可燃性冷媒、（ｂ）不燃性冷媒および（ｃ）不燃性冷媒の種類は何ら限定されないが、好ましくはハイドロフルオロカーボン類である。例えば（ａ）としてはジフルオロメタン（Ｒ３２）、１， １， １−トリフルオロエタン（Ｒ１４３ａ）が挙げられ、これらと共沸または共沸様混合物を形成する（ｂ）としてはペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）が挙げられる。（ｃ）は（ｂ）以外の不燃性冷媒である。（ａ）がＲ３２やＲ１４３ａであり（ｂ）がＲ１２５である場合の（ｃ）としては１， １， １， ２−テトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）が好ましく挙げられる。
【００１０】
本発明における共沸または共沸様混合物は、常に共沸または共沸様混合物組成を利用することではなく、液相充填において、大きな組成変化を生じない有効組成範囲での適応でもよい。特に、両成分の沸点差が１０℃以内の成分においては、気液平衡状態で大きな組成変化を生じない有効組成範囲が広くとれる。
【００１１】
Ｒ３２は可燃性であり、単独での取扱いには燃焼性に対する配慮が必要なため、取扱いがきわめて煩雑である。Ｒ３２は、不燃性冷媒であるＲ１２５と共沸点を有することが知られている。Ｒ３２／Ｒ１２５＝３０〜６０／７０〜４０重量％である混合冷媒は、密閉容器の液相より抜いて充填する際に、全量抜いた場合でも、充填始めと終わりで実用上許容できない大きな組成変化を生じることはなく、Ｒ３２の燃焼性を抑制することもできる。
【００１２】
同様に、Ｒ１４３ａは可燃性であり、単独での取扱いには燃焼性に対する配慮が必要なため取扱いがきわめて煩雑である。Ｒ１４３ａは、不燃性冷媒であるＲ１２５と共沸点を有することが知られている。Ｒ１４３ａ／Ｒ１２５＝２０〜６０／８０〜４０重量％である混合冷媒は、密閉容器の液相より抜いて充填する際に、全量抜いた場合でも、充填始めと終わりで実用上許容できない大きな組成変化を生じることはなく、Ｒ１４３ａの燃焼性を抑制することもできる。
【００１３】
クロロジフルオロメタンの代替候補として考えられるＲ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ＝２３／２５／５２重量％の非共沸系混合冷媒では、液相充填法を採用してもボンベの空間率が７０％以上になると、沸点の最も低いＲ３２が選択的に気化するため、液相組成中のＲ３２が低下する結果となる。したがって、空間率７０％以上のボンベから充填すると空調機の冷凍能力が低下する。特に、外気温が高い場合に大きく低下する。本発明方法は、こうした課題を解決する方法としてきわめて優れる。
【００１４】
すなわち、共沸を形成する成分であるＲ３２とＲ１２５、またはＲ１４３ａとＲ１２５の２成分、またはＲ３２とＲ１４３ａとＲ１２５の３成分を所定割合にて予め混合した容器（Ａ）とＲ１３４ａを充填した容器（Ｂ）より別々に質量流量計などを介して冷凍機などの製品中の冷媒容器や別容器（Ｃ）へ充填することにより、冷媒容器や別容器（Ｃ）内でのこれら各成分の組成比を実用上許容可能な組成変動幅に管理することができる。
【００１５】
【実施例】
「例１」
４７リットルの容器Ａへ４７． ９重量％のＲ３２と５２． １重量％のＲ１２５を３５ｋｇ充填した。別に４７リットルの容器ＢへＲ１３４ａを３５ｋｇ充填した。予め真空排気した１リットルの容器Ｃへ容器Ａより３８４ｇ、容器Ｂより４１６ｇ充填した。容器Ｃを充分に撹拌後、液相より試料を採取し、ガスクロマトグラフィーを用いＲ３２、Ｒ１２５およびＲ１３４ａの組成比を分析した。
【００１６】
この操作を容器Ａ内の冷媒がなくなるまで繰り返した結果、Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ＝２３／２５／５２重量％の組成割合に対して、全て組成誤差を±０．５重量％以内で充填することができた。また、充填作業時に容器ＡおよびＣより採取した組成物はすべて不燃性であった。
【００１７】
「例２」
容器Ａへ充填するＲ３２とＲ１２５の割合をＲ３２／Ｒ１２５＝３０／７０重量％とし、容器Ａおよび容器Ｂから容器Ｃへの充填量をそれぞれ４００ｇとする以外、例１と同様に充填し、分析した結果、例１と同様な結果が得られた。
【００１８】
「例３」
容器Ａへ充填するＲ３２とＲ１２５の割合をＲ３２／Ｒ１２５＝４０／６０重量％とし、容器Ａおよび容器Ｂから容器Ｃへの充填量をそれぞれ４００ｇとする以外、例１と同様に充填し、分析した結果、例１と同様な結果が得られた。
【００１９】
「例４」
容器ＡへＲ１４３ａとＲ１２５をＲ１４３ａ／Ｒ１２５＝２０／８０重量％の割合で充填し、容器Ａおよび容器Ｂから容器Ｃへの充填量をそれぞれ４００ｇとする以外、例１と同様に充填し、分析した結果、Ｒ１４３ａ／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ＝１０／４０／５０重量％の組成割合に対して、全て組成誤差を±０．５重量％以内で充填することができた。また、充填作業時に容器ＡおよびＣより採取した組成物はすべて不燃性であった。
【００２０】
「例５」
容器ＡへＲ１４３ａとＲ１２５をＲ１４３ａ／Ｒ１２５＝６０／４０重量％の割合で充填し、容器Ａおよび容器Ｂから容器Ｃへの充填量をそれぞれ４００ｇとする以外、例１と同様に充填し、分析した結果、Ｒ１４３ａ／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ＝３０／２０／５０重量％の組成割合に対して、全て組成誤差を±０．５重量％以内で充填することができた。また、充填作業時に容器ＡおよびＣより採取した組成物はすべて不燃性であった。
【００２１】
「例６（比較例）」
４７リットルの容器Ａへ２３重量％のＲ３２、２５重量％のＲ１２５および５２重量％のＲ１３４ａを３５ｋｇ充填した。予め真空排気した１リットルの容器Ｂへ容器Ａより８００ｇ充填した。容器Ｂを充分に撹拌後、液相より試料を採取し、ガスクロマトグラフィーを用いＲ３２、Ｒ１２５およびＲ１３４ａの組成比を分析した。
【００２２】
この操作を容器Ａ内の冷媒がなくなるまで繰り返した結果、Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ＝２３／２５／５２重量％の組成割合に対して、組成誤差を±０．５重量％以内で充填することができた容器は半数であり、残りは許容誤差を上回っており、特に４０本目に至っては２重量％以上の誤差を生じた。
【００２３】
【発明の効果】
可燃性冷媒を含む非共沸混合冷媒を形成するに際して、混合冷媒の組成変化を抑制できるとともに、可燃性冷媒の燃焼性も抑制できる。

Claims (5)

1. 予め混合された下記（ａ）と（ｂ）との混合冷媒、および、下記（ｃ）、を予め混合することなく、冷媒容器に充填することからなる下記（ａ）、（ｂ）および（ｃ）からなる非共沸混合冷媒を形成する方法。
   （ａ）：可燃性冷媒、
   （ｂ）：（ａ）と共沸または共沸様混合物を形成する不燃性冷媒、
   （ｃ）：（ｂ）以外の不燃性冷媒。
2. （ａ）可燃性冷媒、（ｂ）不燃性冷媒および（ｃ）不燃性冷媒がそれぞれハイドロフルオロカーボン類である請求項１に記載の方法。
3. （ａ）可燃性冷媒、（ｂ）不燃性冷媒および（ｃ）不燃性冷媒がそれぞれジフルオロメタン、ペンタフルオロエタンおよび１， １， １， ２−テトラフルオロエタンである請求項１に記載の方法。
4. （ａ）可燃性冷媒、（ｂ）不燃性冷媒および（ｃ）不燃性冷媒がそれぞれ１， １， １−トリフルオロエタン、ペンタフルオロエタンおよび１， １， １， ２−テトラフルオロエタンである請求項１に記載の方法。
5. 下記（ａ）と（ｂ）との混合冷媒が充填された容器（Ａ）と、下記（ｃ）が充填された容器（Ｂ）とから所定量の冷媒を別々に冷媒容器（Ｃ）に充填することを特徴とする非共沸混合冷媒を充填する方法。
   （ａ）：可燃性冷媒、
   （ｂ）：（ａ）と共沸または共沸様混合物を形成する不燃性冷媒、
   （ｃ）：（ｂ）以外の不燃性冷媒。